(57)【要約】【課題】キャビティ内における発泡樹脂原料の発泡流動を制御することによって、欠肉などの不具合を未然に防止する。【解決手段】発泡樹脂原料は磁性体を含み、発泡工程ではキャビティ内の発泡樹脂原料に対して、磁力による引付手段によって発泡樹脂原料を磁気誘導し、発泡流動を制御する。  磁界の方向に磁性体が磁化して磁気誘導されるため、それに伴って発泡樹脂原料も磁気誘導されながら発泡流動する。したがって磁力の入切、磁界の方向、あるいは磁場の強さを制御することで、発泡流動を最適に制御することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡成形型のキャビティ内に液状の発泡樹脂原料を注入する注入工程と、該キャビティ内で該発泡樹脂原料を発泡させる発泡工程と、硬化後に脱型することで発泡成形品を得る脱型工程と、を行う発泡成形方法であって、
該発泡樹脂原料は磁性体を含み、該発泡工程では該キャビティ内の該発泡樹脂原料に対して、磁力による引付手段によって該発泡樹脂原料を磁気誘導し発泡流動を制御することを特徴とする発泡成形方法。
【請求項２】
前記磁力による引付手段は、発泡樹脂原料が充填されにくい前記キャビティの凹部周辺に配置されている請求項１に記載の発泡成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡ウレタン樹脂などを原料として発泡成形を行う発泡成形方法に関し、詳しくは発泡流動を制御して欠肉の発生などを防止できる発泡成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸音材、クッション材、保護材などに、発泡ウレタンなどの発泡成形品が多用されている。この発泡成形品は、発泡成形型のキャビティ内に液状の発泡樹脂原料を注入する注入工程と、キャビティ内で発泡樹脂原料を発泡させる発泡工程と、硬化後に脱型することで発泡成形品を得る脱型工程と、を行う発泡成形方法により製造される。
【０００３】
発泡ウレタン成形品を製造する場合、注入工程では、キャビティへの注入直前に、水などの発泡剤を含むポリオールとポリイソシアネートとを混合し、その混合物の所定量（キャビティの容積より少ない量）をキャビティ内へ注入する。発泡工程では、反応の進行とともに発泡剤が発泡し、生成した気泡によって発泡樹脂原料は体積が膨張しつつ発泡流動してキャビティ内を充填する。したがって得られる発泡成形品は、無数の気泡を含む軽量で軟質のものとなり、吸音特性、触感に優れている。
【０００４】
ところがキャビティの形状によっては、発泡流動中に発泡樹脂原料の進入が困難となる部位があり、得られる発泡成形品ではその部分に欠肉が生じるという不具合があった。この場合は、発泡工程において発泡成形型を傾けたり回転させたりして発泡流動を制御することも可能であるが、成形装置が大がかりになるという問題がある。
【０００５】
この欠肉の問題を解決するために、特開平08−281673号公報にはアクチュエータにてクリアランスを調整する方法が記載され、特開平10−305446号公報には真空吸引装置にてガスを型外部へ強制的に排気する方法が記載されている。しかし、いずれも成形装置が大がかりとなり、装置製作にかかる費用も増大する。
【０００６】
またキャビティ内にインサートを配置して発泡成形するインサート成形においては、発泡流動中にインサートの周囲を発泡樹脂原料が回り込み、その後流動先端どうしが合流することになるが、回り込み量に過不足が生じると合流部に欠肉が生じる場合がある。そのため、発泡樹脂原料の回り込みを考慮して成形型の設計がなされている。しかし様々な制約から最適な設計が困難となることも多く、さらなる改善が求められている。
【０００７】
なお特開平07−256674号公報には、発泡樹脂原料中に磁性体を含有することが記載されているが、発泡流動を制御するという技術思想に関しては記載も示唆もない。
【特許文献１】特開平08−281673号
【特許文献２】特開平10−305446号
【特許文献３】特開平07−256674号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、発泡成形型を傾けたり回転させたりすることなく、キャビティ内における発泡樹脂原料の発泡流動を制御することによって、欠肉などの不具合を未然に防止することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の発泡成形方法の特徴は、発泡成形型のキャビティ内に液状の発泡樹脂原料を注入する注入工程と、キャビティ内で発泡樹脂原料を発泡させる発泡工程と、硬化後に脱型することで発泡成形品を得る脱型工程と、を行う発泡成形方法であって、
発泡樹脂原料は磁性体を含み、発泡工程ではキャビティ内の発泡樹脂原料に対して、磁力による引付手段によって発泡樹脂原料を磁気誘導し発泡流動を制御することにある。
【００１０】
磁力による引付手段は、発泡樹脂原料が充填されにくいキャビティ内の凹部周辺に配置されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発泡成形方法によれば、キャビティ内の発泡樹脂原料に対して、磁力による引付手段によって磁界の方向に磁性体が磁化して磁気誘導されるため、それに伴って発泡樹脂原料も磁気誘導されながら発泡流動する。したがって磁力の入切、磁界の方向、あるいは磁場の強さを制御することで、発泡流動を最適に制御することができる。
【００１２】
例えば発泡樹脂原料が進入しにくいキャビティ部位に発泡成形型の外部から磁力を加えれば、その部位に優先的に発泡樹脂原料を磁気誘導することができ、欠肉を未然に防止することができる。
【００１３】
またキャビティ内に表皮の端末を配置して発泡圧力により自己シールを行い、表皮を一体的に発泡成形する方法においては、発泡流動を制御することで表皮端末と芯材又は型面との間に発泡樹脂原料が浸入するのを未然に防止することができる。したがって仕上げ工数の増大を抑制しつつ発泡成形品の品質が大きく向上する。
【００１４】
吸音材の製造に本発明を適用した場合には、発泡流動の最中に一方向からのみ磁場を作用させることによって、分散している磁性体が同一方向に吸引力を受けるようになる。すると発泡セルが押しつぶされたような状態になる。その力は磁力源からの距離に反比例するため、発泡セルの押しつぶされ方も磁力源に近いほど大きくなり、密度が偏った発泡成形品を製造することができる。したがって必要な部位に密度が高い遮音層をもつ吸音材を製造することができ、別部材からなる遮音層をもつ吸音材を製造する場合に比べて部品点数の低減と両者を接合する工数の低減によりコスト低減を図ることができる。
【００１５】
さらには、キャビティ外周面に磁力による引付手段を配置することにより、外周部の密度が高く内部の密度が低い発泡成形品、あるいは内部が中空状の発泡成形品を製造することも容易であるので、さらなる軽量化を図ることも可能となる。
【００１６】
また得られる発泡成形品は磁性体を含んでいるので、電磁波シールド部材としても利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の発泡成形方法では、発泡成形型のキャビティ内に、先ず磁性体を含む液状の発泡樹脂原料が注入される。ここで発泡樹脂原料としては、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールなどのポリオール成分とＴＤＩあるいはＭＤＩなどのポリイソシアネート及び水などの発泡剤が混合された発泡ウレタン樹脂原料が代表的に例示される。その配合比率は、従来の発泡ウレタン樹脂原料と同様でよい。
【００１８】
例えばポリオールとしては、多価ヒドロキシ化合物やポリエーテルポリオール類，ポリエステルポリオール類，ポリマーポリオール類，ポリエーテルエステルポリオール類，ポリエーテルポリアミン類，ポリエステルポリアミン類，アルキレンポリオール類，ウレア分散ポリオール類，メラミン変性ポリオール類，ポリカーボネートポリオール類，アクリルポリオール類，ポリブタジエンポリオール類，フェノール変性ポリオール類など公知のポリオールの一種又は複数種を用いることができる。
【００１９】
またポリオールは、一分子中の官能基数が２〜８、分子量が1000〜 10000のものを50重量％以上含むことが好ましい。官能基数が２より少ないと発泡成形品の成形が困難となる場合があり、官能基数が８より多いと得られる発泡成形品の引張り伸びなどの物性が極端に低下するようになる。また分子量が1000より小さいと得られる発泡成形品の弾性が失われ、分子量が 10000より大きくなると粘度が高く発泡が困難となって発泡成形品の成形が困難となる。
【００２０】
ＭＤＩ系のポリイソシアネートとしては、4,4'−ＭＤＩ，2,4'−ＭＤＩ，粗製ＭＤＩあるいはこれらのカルボジイミド変性体，ウレトンイミン変性体などを用いることができる。ポリイソシアネートとポリオールとの混合比は、ＮＣＯ／ＯＨ（インデックス）が 0.6〜 1.2の範囲となるようにするのが望ましい。インデックスが 0.6未満では、得られる発泡成形品の永久歪みなどの物性が低下し、 1.2を越えると架橋反応が進み過ぎて成形性が低下する。
【００２１】
発泡剤としては、水、フルオロカーボン類などを用いることができる。発泡剤としての水の添加量は、ポリオール成分 100重量部に対して一般に１〜６重量部程度である。
【００２２】
また本発明においては、従来と同様に、触媒，架橋剤，整泡剤，鎖伸長剤，減粘剤などの添加物を適宜に配合することができる。触媒としては、公知のアミン系触媒や有機金属系触媒を用いることができ、具体的にはビス（ジメチルアミノエチル）エーテル，ペンタメチルジエチレントリアミン，N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン，N,N-ジメチルエタノールアミン，N,N,N',N'-テトラメチルヘキサメチレンジアミン，N,N,N',N'-テトラメチルプロピレンジアミン，N,N,N',N'-テトラメチルエチレンジアミン，トリエチレンジアミン，N-メチル-N'-（ジメチルアミノ）エチルピペラジン，N-メチルモノフォリン，N-エチルモノフォリン，トリエチルアミン，ラウリン酸錫，オクタン酸錫などが例示される。この触媒の添加量は、ポリオール成分 100重量部に対して一般に0.01〜５重量部程度である。
【００２３】
架橋剤としては、比較的低分子量のものが用いられ、例えばジオールやトリオール，多価アミン，又はこれらにエチレンオキシド，プロピレンオキシドを付加したもの，トリエタノールアミン，ジエタノールアミンなどを用いることができる。架橋剤の添加量は、ポリオール成分 100重量部に対して一般に０〜20重量部程度である。整泡剤としては、一般に用いられているシリコーン系整泡剤を適宜用いることができる。なお、発泡成形品に要求される性能に応じて、難燃剤，充填材，帯電防止剤，着色剤，安定剤などを、必要に応じて本発明の目的を逸脱しない範囲で添加することができる。
【００２４】
磁性体としては、反磁性体、常磁性体、強磁性体、反強磁性体などを用いることができるが、Fe、Ni、Co、Gdなどの強磁性体あるいはMnO 、Cr2O3 、FeCl2 、MnAsなどの反強磁性体が好ましい。また発泡樹脂原料に粉末状の磁性体を分散させて用いることもできるし、界面活性剤を用いて安定に分散させた磁性体微粒子を、流体媒体に高濃度に懸濁させた磁性流体を用いることも好ましい。磁性流体は、磁性体としての特徴と、流体の特徴の両方を兼ね備えていて、通常の遠心分離や外部磁場の作用によってもこの特性が破壊されることがなく、磁性体粒子と母液との分離はもちろん、流体中の濃度分布にも変化を生じない。したがって磁性流体を用いる場合は、流体媒体が発泡樹脂原料と相溶するものが特に好ましい。
【００２５】
発泡樹脂原料100重量部に対する磁性体の添加量は、磁性体固形分濃度として、0.5〜10重量部とするのが好ましい。発泡樹脂原料の粘度にもよるが、磁性体の添加量がこの範囲より少ないと磁気誘導される度合いが小さくなり、発泡流動を制御するのが困難となる。またこの範囲より多く磁性体を添加すると、発泡密度が変化するなどして得られる発泡成形品の物性が低下する場合がある。
【００２６】
本発明の発泡成形方法では、発泡工程において、キャビティ内の発泡樹脂原料に対して、磁力による引付手段によって発泡樹脂原料の発泡流動を制御する。磁力による磁場によって発泡樹脂原料中の磁性体が磁化し、磁界の方向へ誘導される。したがって磁性体の磁気誘導に伴って発泡樹脂原料も磁界の方向へ磁気誘導され、キャビティ内の所望の位置へ発泡樹脂原料が誘導されることになる。
【００２７】
磁力による発泡樹脂原料の引付手段は、磁石をキャビティの外部から発泡成形型に近接あるいは当接させることで行うことができる。また発泡成形方の型面あるいは型面近傍に磁石を配置してもよい。磁石には永久磁石あるいは電磁石を用いることができる。中でも電磁石を用いれば、磁力の印加のオン−オフを瞬時に切り換えることができ、好ましいタイミングで自由に制御することが可能になる。また磁場の強さの制御も容易であるので、発泡途中の発泡樹脂原料を流動状況に応じて適切に磁気誘導することができ、発泡流動の制御が容易となる。特に発泡成形条件を検討する際には、これらの設定を変更するのみで調整が可能となり、試作段階の工数も低減することができる。
【００２８】
なお、キャビティの外部から磁力による引付を行うことで閉空間であるキャビティ内に磁場を形成するためには、発泡成形型は透磁率が高い必要がある。一般の発泡ウレタン用の発泡成形型はアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されているが、アルミニウムは真空とほぼ同等の透磁率を有しているので、磁力を遮蔽することはなく、キャビティ外部へ磁石を配置することによってキャビティ内に安定した磁場を形成することができ、発泡樹脂原料を磁気誘導することができる。
【００２９】
発泡成形品が硬化後は、脱型工程において発泡成形品が脱型される。磁性体が含まれていても脱型には支障がないので、脱型工程は従来と同様に行うことができる。
【実施例】
【００３０】
以下、試験例、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
【００３１】
（試験例１）
本試験例では、磁性流体である「磁性流体サンプルグレード（イソパラフィンベース）」（シグマハイケミカル（株）製）、流体媒体：イソパラフィン、磁性体：マグネタイト、固形分40〜60重量％）を用いた。
【００３２】
先ずポリエーテルポリオール（平均分子量＝6000，官能基数＝３，水酸基価＝28 mgKOH／ｇ）を用意し、その 100重量部に対して、上記磁性流体を10重量部、架橋剤としてのジエチレングリコールを２重量部、発泡剤としての水を 2.5重量部、アミン触媒を 0.6重量部、整泡剤を 0.5重量部、それぞれ配合しポリオール側液を調製した。
【００３３】
また、ポリイソシアネート側液として、ＭＤＩ（ＮＣＯ％＝29〜33％）を用意した。
【００３４】
一方、底径  90mm、開口径  114mm、高さ 120mmの紙製コップと、永久磁石（ネオジム系、表面磁束密度： 510mT、50mm×50mm×25.4mm）を用意し、図１(a) に示すように、底面から高さ45mmの位置から上方となるように、永久磁石２を紙製コップ１の側壁外周表面に当接させて固定した。
【００３５】
次に、ポリオール側液68.4重量部とポリイソシアネート側液31.6重量部を撹拌混合して発泡樹脂原料を調製し、混合直後に、紙製コップ１に液面高さが15.2mmとなるように発泡樹脂原料３を注入した（図１(a) ）。ここで、ポリオールとポリイソシアネートを合わせた発泡樹脂原料 100重量部に対する磁性体の添加量は、磁性体固形分濃度として 2.7〜 4.1重量部である。発泡樹脂原料３は直ちに自由発泡を開始し、体積膨張により液面高さが徐々に増大する。
【００３６】
このとき発泡樹脂原料３の液面の状態を目視で観察したところ、永久磁石２が接触している部分において液面が吸着するように上昇し、図１(b) に示す状態を経過した後、図１(c) に示す状態となって硬化した。図１(b) に示す状態は、発泡樹脂原料３が磁気誘導されたことを意味し、発泡樹脂原料３の発泡流動が永久磁石２の磁力によって制御されたことが明らかである。
【００３７】
（実施例１）
本実施例では、図２に示す発泡成形型４を用いている。発泡成形型４は、深底の主キャビティ40と、主キャビティ40の一端に形成されたフランジ状の副キャビティ41と、その先端に形成された凹部42とを有している。従来の発泡成形では凹部42のキャビティ内の空気および発泡反応による生成ガスが抜けきらず、凹部42の角部が欠肉状態となる場合が多い。
【００３８】
そこで本実施例では、凹部42の中心側の側面と下面を永久磁石２から形成している。こうすることによって、主キャビティ40に注入された磁性体を含む発泡樹脂原料３は、体積の膨張に伴って永久磁石２に吸着するように発泡流動するので、副キャビティ41を通って凹部42まで発泡樹脂原料３を磁気誘導することが可能となり、欠肉の無い発泡成形品を製造することができる。
【００３９】
（実施例２）
本実施例では、図３に示す発泡成形型４を用い、袋状の表皮50と樹脂製の芯材51を型内に配置して一体発泡成形することで、自動車内装品の一部を製造する。表皮50は開口周縁部が芯材51の周縁部を覆うように配置されている。ところが従来の発泡成形方法では、発泡樹脂原料が表皮50の端部と芯材51との間に浸入し、外部に表出して意匠を損なう場合があった。
【００４０】
そこで本実施例では、表皮50の端部が位置する型面に永久磁石２を配置している。こうすることによって、磁性体を含む発泡樹脂原料３は、体積の膨張に伴って永久磁石２に吸着するように発泡流動するので、矢印に示すように表皮50の端部の後方側に発泡樹脂原料３が磁気誘導される。したがって表皮50の端部では、発泡樹脂材料３は後側から先端に向かうように膨張するので、発泡樹脂原料３が表皮50の端部と芯材51との間に浸入するのが防止され、意匠に優れた発泡成形品を製造することができる。
【００４１】
（実施例３）
本実施例では、図４に示す発泡成形型４を用い、防音カバーを製造している。防音カバーは、発泡体からなる吸音材のみでは防音性能に不足するため、従来は、高密度で質量が大きな中実の遮音材を別に形成し、遮音材と吸音材とを積層することで防音特性に優れた防音カバーを製造している。しかし吸音層と遮音層とが別の材質であるために、製造工数が多大となるという不具合がある。
【００４２】
そこで本実施例では、防音カバーの表面を成形する上型44のキャビティ外部に、間隔を隔てて複数の永久磁石２を配置している。こうすることによって、磁性体を含む発泡樹脂原料では、分散している磁性体が同一方向に吸引力を受けるようになる。すると発泡セルが押しつぶされたような状態になるが、その力は永久磁石２からの距離に反比例するため、発泡セルの押しつぶされ方も永久磁石２に近いほど大きくなり、厚さ方向で密度が偏った発泡成形品を製造することができる。したがって上型44の型面に近い部位ほど発泡樹脂原料の密度が高くなり、上型44の型面で成形された表面の密度が高く、下型43の型面で成形された表面側の密度が低い防音カバー、すなわち吸音層と遮音層とを備えた二層構造の防音カバーを一度の成形で製造することができる。
【００４３】
（実施例４）
本実施例では、図５に示す発泡成形型４を用いる。発泡成形型４には、上底面及び側壁面の外部に複数の永久磁石２が当接配置されている。また本実施例では、発泡して発泡成形型４のキャビティ全体を充填する量より少ない量の発泡樹脂原料を注入して発泡成形している。
【００４４】
少量で注入された磁性体を含む発泡樹脂原料は、キャビティの底部から上方に向かって膨張するが、その際に永久磁石２に吸着するように発泡流動するため、キャビティの側周面に沿って上昇し、次いで上底部に沿って発泡流動し、内部に中空部30が形成される。したがって得られる発泡成形品は、従来に比べて少量の発泡樹脂原料から製造できるので安価となり、また中空部30を有するため軽量となる。
【００４５】
なお、発泡樹脂原料が膨張を開始する前に補助的に成形型４を回転あるいは傾斜させて予め発泡樹脂原料をキャビティ内面の永久磁石２に吸着させるようにしておけば、より確実に中空部30を形成することが可能になる。
【００４６】
（実施例５）
本実施例では、図６のように適当な径のピン６をキャビティ内へ突出するように発泡成形型４に配置し、上底面及び側壁面の外部に複数の永久磁石２が当接配置している。こうすることによって、実施例４と同様に中空部30が形成され、ヘルムホルツ吸音レゾネーター構造を有した発泡成形品を得ることができる。なお、従来は中空部30に該当する中子の抜き取りが困難となるような形状であっても、本発明によれば形状による制約をうけることなく製造できるので、チューニングの自由度が広がる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の発泡成形方法は、上記した実施例のような場合のみならず、磁力による引付によって任意のキャビティ部分に発泡樹脂原料を磁気誘導することができるので、従来は成形が困難であったような発泡成形品も製造することができる。さらに得られた発泡成形品は、ポリウレタンであれば数十GHz の電磁波を吸収し、フェライトなど透磁率の高い磁性体を含有していればさらに1MHz以下の電磁波を吸収し、カーボンなどの高抵抗導電体を含ませれば500kHz以上の電磁波を吸収できるので、電磁波吸収部材として利用することが可能である。そして発泡成形方法で製造できるので形状の自由度が高く、実施例３のような偏密度化を応用して濃度勾配を形成することも容易であるので、広帯域の電磁波吸収を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一試験例の発泡成形方法を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例の発泡成形方法を行っている様子を示す発泡成形型の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例の発泡成形方法を行っている様子を示す発泡成形型の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例の発泡成形方法を成形完了時の状態で示す発泡成形型の断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例の発泡成形方法を成形完了時の状態で示す発泡成形型の断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例の発泡成形方法を成形完了時の状態で示す発泡成形型の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：紙製コップ      ２：永久磁石      ３：発泡樹脂原料    ４：発泡成形型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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